國立台中教育大學 NTCU

科學教育與應用學系

科學遊戲實驗室   回首頁   

音波管

如何看到聲音的波動呢?

器材:塑膠管、保麗龍球、一元硬幣、大吸管、紗布(或緞帶)
操作步驟與現象

本玩具參考自王德麟老師的部落格「科學玩具柑仔店」,製作簡易又有趣,能引起學生相當的興趣。製作過程如下:

1.取一塑膠管(可在水族館購買,長約1公尺、直徑約2公分),建議可鋸成二根使用(長度約50公分)。

2.在塑膠管的一邊以膠帶將一元硬幣黏貼封緊(如圖一)。然後將小保麗龍球(直徑約0.1公分,文具店或美術材料店可買得到)倒入塑膠管中。最後將塑膠管的另一邊,以一小片紗網套住,再以橡皮筋綁緊(如圖二)。

3.操作方法為:雙手握住綁了紗網的一邊,對著塑膠管發出聲音(如圖三),注意:雙手與嘴巴必須密封,以使聲音可以完全進入塑膠管中。

發出聲音後,塑膠管中的小保麗龍球就會隨著聲音開始振動(如圖四),成為一片一片的波浪狀,甚至還會前後移動喔!

除了使用塑膠管,更簡易的方法是使用透明的大吸管來製作(如圖五)。大吸管的一端以西卡紙剪一小圓封住(或直接用膠帶黏貼),另一端(嘴巴)以衛生紙或有孔隙的紗布包住即可(以避免發出聲音時吸到保麗龍球)。

 實驗影片觀賞 (11.9M,請打開喇叭)

原理

聲音是空氣的一種疏密波(縱波),在一端封閉的管子中振動時,會產生駐波(standing wave),形成波節(圖六中的藍色位置)。音波管的管子是一種封閉的肯特管(Kundt's tube),管子的長度是聲音波長的n/4倍(A~D的n分別為1、3、5、7…)。而保麗龍球在波腹中振動,會形成一條一條的波動(波漣),如圖七。波漣的產生與聲音的振幅(大小聲)以及頻率(高低音)有關,而且由於我們發出的聲音的波長,未必固定不變;加上嘴巴吹出氣流的擾動,使得保麗龍球的波漣會有前後移動的現象。  

叮嚀的話

1.保麗龍球的數量會影響效果的明顯程度,太多或太少都不適合。建議倒入直立的塑膠管時,保麗龍球累積的高度,達到管子約三分之一高度即可。裝好保麗龍球之後,再搖動管子讓保麗龍球平均分散在管子中。

2.以嘴巴發出聲音時,避免吐出太多氣,因為塑膠管管壁會因水氣凝結而起霧,保麗龍球也會被沾濕。

3.進行教學時,可以指導學生探討以下問題與現象:(1)發出不同高低的聲音時,保麗龍球的振動情形有何差異?(2)製作不同長度的塑膠管,保麗龍球的振動情形有何差異?(3)討論保麗龍球振動的明顯程度(振動大小),與聲音的大小聲有關,還是與聲音的高低有關?

參考資料

1.科學玩具柑仔店:科學玩具柑仔店:http://kingdarling.blogspot.tw/2013/02/blog-post_8684.html

2.黃俊豪、林煒翔、李泓億、蔡豪人(2010)。探究肯特管內波漣的成因。中華民國第50屆中小學科學展覽會高中物理組。http://activity.ntsec.gov.tw/activity/race-1/50/pdf/040101.pdf

3. YouTube 影片:http://www.youtube.com/watch?v=VwX_a8WutZ8